Továrny zítřka: automatizovaná aditivní výroba s modulární konfigurací strojů

Modulární integrace strojů a periferních zařízení do výrobního seskupení je výjimečná i svým radikálně novým přístupem v konstrukci jednotlivých procesních komponentů. Tento přístup výrazně přispívá k urychlení a zefektivnění současných výrobních postupů v oblasti aditivní výroby.
Dosavadní vývoj 3D strojů a výrobních technologií se řídil ideami jako: více laserových zdrojů, větší výkon laseru, zrychlení stavby nebo zvětšení pracovního prostoru. Koncepce strojů vycházela ze samostatných výrobních jednotek bez hlubší integrace do výrobního postupu. Přípravná činnost a generativní proces probíhaly postupně. Concept Laser se nyní novou architekturou strojů snaží rozšiřovat výrobní sekce s aspekty obvykle kvantitativními o nová kvalitativní hlediska. „V podstatě jde o rozdělení přípravných procesů, vlastní stavby dílců a postprocesních činností do libovolného počtu kombinovatelných modulů. Vzhledem k relativně velkým výrobním systémům může být vlastní stavba prováděna s časovým zpožděním. Záměrem je výrazně snížit prostoje obvyklé u předchozích samostatných strojů. Existuje mnoho možností pro zvýšení úrovně přidané hodnoty ve výrobním řetězci. Na rozdíl od čistě kvantitativního přístupu u předešlých koncepcí strojů, se nám jeví nový přístup jako další krok k pokročilejší sériové průmyslové výrobě," říká Florian Bechmann, vedoucí oddělení výzkumu a vývoje u Concept Laseru.

Nový koncept: „Aditivní výroba - továrna zítřka"
V současné době jsou střediska 3D tisku zakládány jako poskytovatelé služeb po celém světě. Tento vývoj je charakterizován přechodem od "prototypingu" k záměru cílenému na pružnou sériovou výrobu na průmyslové úrovni. Uživatelé aditivních strojů se střetávají se stejnými kritérií, které známe z tradiční výroby: potřebný prostor, nárůst počtu strojního zařízení a navýšení výrobních úkolů v určitém období. Nová koncepce je zajímavým řešením nabízeným s těmito aspekty: Aditivní výroba je rozdílná od obráběcích hledisek již od procesu přípravy. Cíle je pro aditivní výrobu třeba vidět na úrovni "24h / 7dní", což znamená, že se zvyšuje kapacita všech komponent. Automatizovaný tok materiálu citelně odlehčuje obsluze. Stroje laserového spékání práškových kovů se přes příslušné rozhraní mohou začlenit do tradiční technologie CNC strojů, zvláště jsou-li součástí výroby tzv. hybridní díly, kde je základem dílce obrobena vrchní část vystavěna aditivním procesem, ale rovněž do dokončovacích procesů (tepelných úprav / dokončování funkčních ploch).

Předvýrobní, výrobní a následné procesy
Nová architektura aditivní výroby je charakterizovaná dělením na předvýrobní, výrobní a následné procesy. To mj. zahrnuje pružné zakládání do strojů a fyzické oddělení procesů seřízení a vyjmutí. Záměrem bylo koordinovat činnost modulů procesu orientovaným způsobem pomocí připojovacích rozhraní a zvýšit tak flexibilitu procesu směrem k vytvoření integrovaného přístupu. Stane se to reálné pouze důslednou modulární strukturou "manipulačních jednotek" a "stavebních a procesních jednotek", které nabídnou z hlediska kombinaci a propojení, větší flexibilitu a připojitelnost. Bude tak možné, prostřednictvím cílené kombinace těchto modulů, ekonomicky výhodněji zvládat i současnou technologickou odlišnost materiálů. Např. v budoucnu bude moci uživatel stroje použít moduly velmi přesně „přizpůsobené" produkci určité součásti z hlediska geometrie nebo materiálu. Všeobecně bude výrazně zvýšena kapacitní úroveň a efektivnost výrobního systému, spolu s významným snížením velikosti požadovaného prostoru. Simulované výrobní scénáře prokázaly, že nezbytný prostor může být zmenšen až o 85 % ve srovnání se současnými možnostmi. Kromě toho se výkon laseru na m2 plochy zvyšuje sedminásobně. Florian Bechmann prohlásil: „Stavební výkon se enormně zvýšil nástupem multilaserové technologie. Rozsah stavební velikosti zažil také značný nárůst. Integrovaným konceptem stroje chceme ukázat cesty, jak pozdvihnout aditivní metody na výrobní strategii budoucnosti. Aditivní výroba skýtá potenciál pro zvýšení přidané hodnoty v průmyslu a efektivní uplatnění v sériové výrobě."

Od základní aditivní sady k modulární procesní stanici
Představená procesní stanice má stavební rozsah 400 x 400 x 400 mm včetně zdroje laserového záření, plynového hospodářství a technologie filtrace, které jsou všechny integrovány v modulu. Každá stanice je vybavena systémem nastavení tloušťky vrstev v obvyklém rozsahu. Kromě toho má stroj nastavitelné zaostření a bude k dispozici s 1, 2 nebo 4 laserovou optikou, každá s výkonem laseru v rozmezí od 400 - 1000 W. Redundance laserů zajistí nahrazení laseru při jeho eventuálním výpadku tak, že zbývající kapacita laserů pokryje celý stavební prostor a tedy dokončení započatého stavebního procesu. K tomu Florian Bechmann dodává: „Navyšování počtu laserových zdrojů umožní zvýšení rychlosti jen v omezeném rozsahu. Současně ale také povede k navýšení složitosti a vazeb, které předznamenávají nižší spolehlivost, tedy i obrácený efekt."

Od základní aditivní sady k modulární manipulační stanici
Nová manipulační stanice má v sobě integrovanou prosévácí stanici a práškové hospodářství. Nejsou tak potřeba žádné nádoby pro přepravu mezi strojem a prosévací stanicí. Rozbalení, příprava na příští stavební úlohy, stejně jako prosévání proto probíhá v jediném systému, aniž by operátor přišel do styku s práškem. Ale to, co také dělá modulární manipulační stanice atraktivní, je specifická konfigurace: manipulační stanice může být spojena se dvěma procesními stanicemi a tvořit tak výrobní buňku. Základní výrobní sada také umožňuje propojit několik manipulačních stanic dohromady, aby vytvořily přípravnu materiálu, fyzicky oddělenou od procesních stanic.

Kombinace modulů ze základní výrobní sady
Nová základní výrobní sada sestává ze tří typů modulů: procesního modulu, modulu dávkovacího a "přetékacího" modulu, které jsou nabízeny v různých výškách. Inovativní je přímé spojení mezi těmito moduly bez použití jakýchkoliv hadic nebo trubek a jejich identifikace pomocí rozhraní RFID. Výsledkem je spolehlivý materiálový tok s vysokou průchodností materiálu, spolu s velkou flexibilitou v případech, kdy je třeba zpracovávat různé materiály pro proces stavění a manipulovat s nimi. „Do budoucna jsme přesvědčeni, že aditivní výroby budou převážně automatizované. Přepravu materiálů nebo celých modulů si lze představit tak, jak je prováděna nyní v dopravních systémech bez řidiče. To by pak mohl být další krok ve vývoji. Aditivní výroby lze automatizovat v maximálním rozsahu," říká Florian Bechmann.

Nový typ 2osého nanášecího procesu
Stroj nové koncepce má i nový typ 2osého systému nanášení, který umožňuje návrat nanášecí planžety simultánně s expozicí laseru. To přináší značné úspory času během procesu nanášení prášku.
Stěrač nanášecí jednotky, zhotovený z gumy, oceli nebo uhlíku, může být vyměněn automaticky v průběhu stavebního procesu. To má podle Floriana Bechmanna několik výhod: Automatický systém výměny nanášeče je obdobný, jako je tomu s výměnou nástrojů u CNC obráběcích center - slibuje vysokou míru flexibility, přináší časové výhody při seřizování stroje a snižuje počet ručních zásahů obsluhy. Záměrně v tomto případě mluvíme o "robustní výrobě".
/cl/

V roce 2001, rok po založení Concept Laser GmbH Frankem Herzogem, byl představen první světový průmyslový stroj s laserovým spékáním práškových kovů. Dnes nese pionýrský proces Laser Cusing více než 50 patentů a dalších 100 patentových žádostí. 3D kovové součásti jsou stavěny s optimalizovanou geometrií v automatizovaném procesu, zcela odlišném od tradičního postupu obrábění. Instalace 550 strojů přivedla Concept Laser na pozici klíčového hráče mezi výrobci systému laserového natavování kovů. Proces je rovněž označován jako „zelená technologie“ pro šetrný přístup ke zdrojům. Jako příklad mohou posloužit obory leteckého, automobilového a medicínského průmyslu a dalších sfér strategicky se orientujících na 3D kovový tisk.
 

Publikováno: 2. 6. 2016 | Počet zobrazení: 2006 473